CN111290717A - 一种基于蓝牙通信的离线数据存储装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于蓝牙通信的离线数据存储装置，包括蓝牙射频处理单元、处理器、Flash存储单元、SD卡存储单元，所述单核处理器分别通过SPI接口连接Flash存储单元、SD卡存储单元，所述Flash存储单元、SD卡存储单元分别包括A区、B区，以实现双备份；所述单核处理器通过蓝牙射频处理单元与蓝牙天线连接；还包括电源管理模块，为存储装置进行供电。本发明使用内置Flash存储和外置SD卡双存储方式，确保了设备一旦损坏，可以通过SD卡恢复数据，数据不容易丢失。本发明在flash和SD存储介质上，将存储空间划分了AB区，用于冗余备份，实现了数据的多重备份，确保了数据保存的可靠性。

Description

一种基于蓝牙通信的离线数据存储装置
技术领域
本发明属于数据存储的技术领域，具体涉及一种基于蓝牙通信的离线数据存储装置。
背景技术
数据存储是现代生活办公必不可少的环节，现有技术中多采用多核或多处理器、单储存备份加密后的数字货币私钥等数字货币资产。然而，现在应用的数据存储还存在以下问题：
1．现有技术中大多使用有线连接到手机进行备份，操作不便捷。另外，数据接口直接暴露在外面，安全性也较差。
2．现有产品使用的存储方式大多为单存储备份，一旦存储设备损坏，数据很难恢复，对于数字货币这类重资产来说，会造成无法弥补的巨大损失。
3．现有部分产品使用标准的网络通讯，设备一旦上电就暴露在了公网上，容易遭到黑客攻击。
4．现有方案多采用多核或者多处理的方案，分别实现蓝牙协议栈和用户应用程序，硬件成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于蓝牙通信的离线数据存储装置，本发明具有内置flash备份和外置SD卡双重备份且每个存储介质上又划分了AB区双重备份，4重备份方案，可以确保数据保存的可靠性。
本发明主要通过以下技术方案实现：一种基于蓝牙通信的离线数据存储装置，包括蓝牙射频处理单元、处理器、Flash存储单元、SD卡存储单元，所述单核处理器分别通过SPI接口连接Flash存储单元、SD卡存储单元，所述Flash存储单元、SD卡存储单元分别包括A区、B区，以实现双备份；所述单核处理器通过蓝牙射频处理单元与蓝牙天线连接；还包括电源管理模块，为存储装置进行供电。
本发明实现了SD卡和flash双备份，且每个存储介质上有分成了AB区双备份，最终实现了一个数据4次存储，确保了数据存储的安全可靠性。
本发明在使用过程中，锂电池与PCB电路板电连接接入到电源管理模块，为整个装置供电、充电、开关机等。所述处理器使用了ST厂家的BLUENRG-2，由一个内核组成，该装置使用单核处理器完成了用户应用程序的功能和蓝牙协议栈的功能，能节省较大的硬件成本。Flash存储单元和SD卡存储单元使用一组SPI接口与处理器电连接，分时进行复用，完成数据的储存及管理。蓝牙射频单元由LC电路组成，完成了蓝牙差分信号的单端化处理，蓝牙天线与LC匹配电路单端进行电连接，实现了信号的无线收发功能。
为了更好地实现本发明，进一步的，所述电源管理模块包括充电管理模块、充电认证模块、lighting充电接口；所述lighting充电接口与充电认证模块之间通过充电接口与认证总线电连接，所述充电认证模块用于识别lighting充电接口处连接的数据线；所述充电认证模块与充电管理模块电连接，用于转换电压以及检测充电状态。
为了更好地实现本发明，进一步的，外接适配器通过数据线将5V电压接入lighting充电接口的引脚5，且引脚1接地，以为装置提供电源充电；所述lighting充电接口的引脚6、引脚7分别与主控芯片的SWD程序烧写接口电连接。
为了更好地实现本发明，进一步的，所述充电认证模块的控制芯片U1的引脚6与lighting充电接口的引脚8连接；当数据线插入lighting充电接口后，数据线上的认证芯片向控制芯片U1发起认证申请，则控制芯片U1接收到信息后向数据线的认证芯片反馈认证信息，认证通过后lighting充电接口的引脚5输出5V电源供装置进行充电。
所述lighting接口与充电认证模块之间通过充电接口和认证总线电连接，实现对接入的苹果数据线的认证功能。充电认证模块与充电管理模块进行电连接，实现电压的转化、充电状态检测等功能。
为了更好地实现本发明，进一步的，所述充电管理模块包括指示电路，所述指示电路采用硬件逻辑器件非门和或门；所述指示电路包括输出充满和充电中两种充电状态的充电芯片U14，当开始充电时，充电芯片U14的引脚1为低电平，且引脚5保持高电平；充电芯片U14的引脚1连接到非门芯片U13的引脚2，并在非门芯片U13的输出脚4输出高电平，所述非门芯片U13的高电平一方面经过R93反馈给主处理器实现充电检测，另一方面电连接或门芯片U30的输入脚2，同时在或门芯片U30的输出脚4呈现高电平，或门芯片U30的第4脚与红色LED电连接，实现了在充电状态时红灯常亮；当充满电后，非门芯片U31的输出脚呈现高电平，实现绿灯常亮；芯片U30和U31的或门输入脚的第1脚电连接主处理器的GPIO管脚，以实现开机状态时，处理器输入高低电平来点亮红灯、绿灯。
为了更好地实现本发明，进一步的，在开机状态下，若蓝牙未配对，则绿色指示灯闪烁，否则绿色指示灯常亮；当电量低于设定值时，则红灯常亮；在数据传输时，红灯和绿灯同步闪烁以呈现出黄色指示灯闪烁。
为了更好地实现本发明，进一步的，所述电源管理模块还包括电源开关、DCDC电源转换模块、开关机检测控制模块、处理器单元，所述电源开关与锂电池连接，且电源开关通过开关机检测控制模块连接处理器单元，以实时检测开关机状态；所述DCDC电源转换模块分别连接电源开关、处理器单元，所述DCDC电源转换模块将电源开关处电压转换为3.3V。
为了更好地实现本发明，进一步的，所述开关机检测控制模块电路中的VBAT电连接锂电池，且VBAT与VCC_4V2之间通过开关管Q1电连接，所述开关管Q1的脚1为开关控制引脚，并电连接共阴二极管的脚2，开关机按键电连接共阴二极管的脚3，共阴二极管的脚1电连接主处理器GPIO PWR_KEY_DETECT作为按键是否按下检测管脚；PWR_ON_OFF管脚电连接到主控器GPIO作为开关机控制管脚。
为了更好地实现本发明，进一步的，当按下按键SW9时，SW_KEY_DETECT管脚变成低电平，开关管Q1的控制管脚脚1也变成低电平，此时开关管Q1导通，处理器单元开始工作并将PWR_ON_OFF置高电平，三极管Q8导通；当松开按键SW9时，PWR_KEY_DETECT管脚变成高电平，保持开关管Q1的控制管脚脚1一直为低电平，从而保持开机状态，当需要关机时，再次按下按键SW9后，PWR_KEY_DETECT再次从高电平变成低电平，处理器单元实时检测该管脚的高低电平变化，当检测到该管脚从高电平变成低电平后，处理器单元认为触发了关机操作，从而将PWR_ON_OFF置低电平，开关管Q1的1脚恢复到高电平，开关管Q1断开，VCC_4V2变成0V，从而实现了关机功能。
电源开关与锂电池电连接，同时电源开关通过开关机检测模块连接到处理器单元，实时检测开关机状态。DCDC电源转换模块从电源开关之后取电，并将电压转换为3.3V供其他模块使用。所述DCDC电源转换模块的型号为RT9013-33GB，处理器单元的型号为BLENRG-2。
本发明的有益效果：
（1）本发明使用无线蓝牙通信方式，即开即用，不用就关闭，确保了数据不会呈现在公网之中，确保数据安全性；
（2）本发明使用内置Flash存储和外置SD卡双存储方式，确保了设备一旦损坏，数据不容易丢失，可以通过SD卡恢复数据。本发明在flash和SD存储介质上，将存储空间划分了AB区，用于冗余备份，实现了数据的多重备份。
（3）本发明存储方式都是使用芯片级存储，不带文件系统，即便是SD卡丢失，拾到SD卡的人也无法获取SD卡内的数据，确保了存储数据的安全性。
（4）本发明对外只暴露一个lighting接口，且lighting接口上不带数据接口，无法通过lighting接口获取存储的数据。
（5）所述单核处理器完成了用户应用程序的功能和蓝牙协议栈的功能，能节省较大的硬件成本。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为电源管理模块的原理框图；
图3为lighting充电接口的电路图；
图4为充电认证模块的电路图；
图5为指示电路的电路图；
图6为指示灯电路图；
图7为开关机检测控制模块的电路图。
具体实施方式
实施例1：
一种基于蓝牙通信的离线数据存储装置，如图1所示，包括蓝牙射频处理单元、处理器、Flash存储单元、SD卡存储单元，所述单核处理器分别通过SPI接口连接Flash存储单元、SD卡存储单元，所述Flash存储单元、SD卡存储单元分别包括A区、B区，以实现双备份；所述单核处理器通过蓝牙射频处理单元与蓝牙天线连接；还包括电源管理模块，为存储装置进行供电。
如图1所示，本发明通过锂电池供电，处理器集成了无线蓝牙功能，处理器与Flash存储和SD卡存储通过一组SPI接口进行电连接。手机APP与本发明进行蓝牙配对成功后，APP将加密的私钥下发到存储装置，所述存储装置收到下发的数据后，将数据分段存储到flash和sd卡存储芯片的A区和B区内，存储成功后，实时反馈给手机APP当前已存的数据类型及数量。
本发明实现了SD卡和flash双备份，且每个存储介质上有分成了AB区双备份，最终实现了一个数据4次存储，确保了数据存储的安全可靠性。
本发明在使用过程中，锂电池与PCB电路板电连接接入到电源管理模块，为整个装置供电、充电、开关机等。所述处理器使用了ST厂家的BLUENRG-2，由一个内核组成，该装置使用单核处理器完成了用户应用程序的功能和蓝牙协议栈的功能，能节省较大的硬件成本。Flash存储单元和SD卡存储单元使用一组SPI接口与处理器电连接，分时进行复用，完成数据的储存及管理。蓝牙射频单元由LC电路组成，完成了蓝牙差分信号的单端化处理，蓝牙天线与LC匹配电路单端进行电连接，实现了信号的无线收发功能。
本发明使用内置Flash存储和外置SD卡双存储方式，确保了设备一旦损坏，数据不容易丢失，可以通过SD卡恢复数据。本发明在flash和SD存储介质上，将存储空间划分了AB区，用于冗余备份，实现了数据的多重备份，确保了数据保存的可靠性。
实施例2：
本实施例是在实施例1的基础上进行优化，所述电源管理模块包括充电管理模块、充电认证模块、lighting充电接口；所述lighting充电接口与充电认证模块之间通过充电接口与认证总线电连接，所述充电认证模块用于识别lighting充电接口处连接的数据线；所述充电认证模块与充电管理模块电连接，用于转换电压以及检测充电状态。
如图3所示，外接适配器通过数据线将5V电压接入lighting充电接口的引脚5，且引脚1接地，以为装置提供电源充电；所述lighting充电接口的引脚6、引脚7分别与主控芯片的SWD程序烧写接口电连接。
如图4所示，所述充电认证模块的控制芯片U1的引脚6与lighting充电接口的引脚8连接；当数据线插入lighting充电接口后，数据线上的认证芯片向控制芯片U1发起认证申请，则控制芯片U1接收到信息后向数据线的认证芯片反馈认证信息，认证通过后lighting充电接口的引脚5输出5V电源供装置进行充电。
如图5、图6所示，所述充电管理模块包括指示电路，所述指示电路采用硬件逻辑器件非门和或门；所述指示电路包括输出充满和充电中两种充电状态的充电芯片U14，在充电中状态时，则红灯常亮，在充满状态时，则绿灯常亮；在开机状态下，若蓝牙未配对，则绿色指示灯闪烁，否则绿色指示灯常亮；当电量低于设定值时，则红灯常亮；在数据传输时，红灯和绿灯同步闪烁以呈现出黄色指示灯闪烁。
当开始充电时，充电芯片U14的引脚1为低电平，且引脚5保持高电平；充电芯片U14的引脚1连接到非门芯片U13的引脚2，并在非门芯片U13的输出脚4输出高电平，所述非门芯片U13的高电平一方面经过R93反馈给主处理器实现充电检测，另一方面电连接或门芯片U30的输入脚2，同时在或门芯片U30的输出脚4呈现高电平，或门芯片U30的第4脚与红色LED电连接，实现了在充电状态时红灯常亮；当充满电后，非门芯片U31的输出脚呈现高电平，实现绿灯常亮；芯片U30和U31的或门输入脚的第1脚电连接主处理器的GPIO管脚，以实现开机状态时，处理器输入高低电平来点亮红灯、绿灯。
本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。
实施例3：
本实施例是在实施例1的基础上进行优化，所述电源管理模块还包括电源开关、DCDC电源转换模块、开关机检测控制模块、处理器单元，所述电源开关与锂电池连接，且电源开关通过开关机检测控制模块连接处理器单元，以实时检测开关机状态；所述DCDC电源转换模块分别连接电源开关、处理器单元，所述DCDC电源转换模块将电源开关处电压转换为3.3V。
如图7所示，所述开关机检测控制模块电路中的VBAT电连接锂电池，且VBAT与VCC_4V2之间通过开关管Q1电连接，所述开关管Q1的脚1为开关控制引脚，并电连接共阴二极管的脚2，开关机按键电连接共阴二极管的脚3，共阴二极管的脚1电连接主处理器GPIO PWR_KEY_DETECT作为按键是否按下检测管脚；PWR_ON_OFF管脚电连接到主控器GPIO作为开关机控制管脚。
当按下按键SW9时，SW_KEY_DETECT管脚变成低电平，开关管Q1的控制管脚脚1也变成低电平，此时开关管Q1导通，处理器单元开始工作并将PWR_ON_OFF置高电平，三极管Q8导通；当松开按键SW9时，PWR_KEY_DETECT管脚变成高电平，保持开关管Q1的控制管脚脚1一直为低电平，从而保持开机状态，当需要关机时，再次按下按键SW9后，PWR_KEY_DETECT再次从高电平变成低电平，处理器单元实时检测该管脚的高低电平变化，当检测到该管脚从高电平变成低电平后，处理器单元认为触发了关机操作，从而将PWR_ON_OFF置低电平，开关管Q1的1脚恢复到高电平，开关管Q1断开，VCC_4V2变成0V，从而实现了关机功能。
本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。
实施例4：
本实施例是在实施例1的基础上进行优化，如图2所示，所述电源管理模块包括充电管理模块、充电认证模块、lighting充电接口、电源开关、DCDC电源转换模块、开关机检测控制模块、处理器单元。lighting接口与充电认证模块之间通过充电接口和认证总线电连接，实现对接入的苹果数据线的认证功能。充电认证管理模块与充电模块进行电连接，实现电压的转化、充电状态检测等功能。所述充电管理模块与锂电池连接。电源开关与锂电池电连接，同时电源开关通过开关机检测模块连接到处理单元，实时检测开关机状态。DCDC电源转换模块从电源开关之后取电，并将电压转换为3.3V供其他模块使用。
如图3所示，lighting接口电路，实现了如下功能：
1.充电功能。如图3所示，外接适配器通过苹果数据线将5V电压接入该接口的1（地）、5脚（5V），可以为该装置提供电源充电；
2.充电认证。图3中的第8脚电连接到图5的U1的第6脚，当有数据线插入图3所示接口，数据线上的认证芯片就向该装置发起认证申请，图4中U1收到信息后，向数据线的认证芯片反馈认证信息，认证通过后图3接口上的第5脚才输出5V电源供该装置进行充电，否则该装置无法充电。
3.实现了lighting接口烧写程序功能。图3中的第6、7脚为SWD程序烧写口。其中第6脚、第7脚直接和主控芯片的SWD程序烧写接口电连接，可以在不拆整机外壳情况下实现程序固件的升级，该装置外壳采用无螺钉设计，上下盖采用一次性粘胶工艺，设备生产后无法进行拆机操作，一旦设备死机或者出现异常需要烧写程序，只有破坏设备外壳。该接口设计很好的解决了这个问题，再不拆外壳的情况下实现了lighting接口的程序升级功能，直接使用标准的苹果数据线即可完成程序升级。
图5所示的电路实现了开关机充电指示灯的多种指示功能。电路采用硬件逻辑器件非门和或门，实现了同一个状态指示灯既可以当开关机下的充电指示功能，也可以当开机状态下的蓝牙是否连接和蓝牙数据传输的指示功能。具体如下：
该电路中充电IC U14可以直接输出2种充电状态：充满和充电中。主控器实时检测这两种状态（设备开机时检测，不开机不检测），同时设备需要利用这两种状态来指示开关机状态下的充电功能（充电中时红灯常亮，充满后绿灯常亮）。同时当设备开机状态时，如果蓝牙没有配对，绿色充电指示灯闪烁，如果设备蓝牙已经配对，绿色指示灯变成绿色常亮。当电量低于20%一下时，充电指示的红色灯复用成电量指示变成红色常亮。当设备有数据传输时，红绿灯都同步闪烁呈现出黄色指示灯闪烁。具体原理如下：
1.当有电充点电源线插入设备时，设备开始充电，U14的1脚变成低电平，5脚保持高电平，U14的1脚电连接到非门U13芯片的第2脚，并在U13的输出脚4输出高电平，U13输出的高电平一方面经过R93，反馈给了主处理器实现充电检测，另一方面电连接到了或门U30的输入脚2，同时在U30的输出脚4呈现高电平，U30的第4脚与图6中的红色LED电连接，从而电量红色指示灯，实现了开关机条件下的充电状态红灯常亮功能。
同理，当充电满后，U31的输出脚呈现高电平，实现了图6的绿灯常亮。
U30和U31的或门输入脚的第1脚，电连接到了主处理器的GPIO管脚，可以实现开机状态时，处理器输入高低电平来点亮图6中的红灯绿灯功能，指示灯的状态变化可以由主处理器任意调节。
如图7所示，VBAT电连接到锂电池，VBAT和VCC_4V2之间通过开关管Q1电连接，Q1开关管的1脚为开关控制引脚，Q1的1脚电连接到共阴二极管的2脚，开关机按键电连接到共阴极3脚，共阴极1脚电连接到主处理器GPIO PWR_KEY_DETECT作为按键是否按下检测管脚，PWR_ON_OFF管脚电连接到主控器GPIO作为开关机控制管脚。当按键SW9按下时，SW_KEY_DETECT管脚变成低电平，开关管Q1的控制管脚1脚也变成低电平，此时开关管导通，处理器开始工作并将PWR_ON_OFF置高电平，三极管Q8导通，当按键松手后，PWR_KEY_DETECT管脚变成高电平，也可以保持开关管1脚一直为低电平，从而开机状态可以保持。当需要关机时，按键再次按下后，PWR_KEY_DETECT再次从高电平变成低电平，主处理器实时检测该管脚的高低电平变化，当检测到该管脚从高电平变成低电平后，处理器认为触发了关机操作，从而将PWR_ON_OFF置低电平，开关管的1脚恢复到高电平，开关管断开，VCC_4V2变成0V，从而实现了关机功能。
本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于蓝牙通信的离线数据存储装置，其特征在于，包括蓝牙射频处理单元、处理器、Flash存储单元、SD卡存储单元，所述单核处理器分别通过SPI接口连接Flash存储单元、SD卡存储单元，所述Flash存储单元、SD卡存储单元分别包括A区、B区，以实现双备份；所述单核处理器通过蓝牙射频处理单元与蓝牙天线连接；还包括电源管理模块，为存储装置进行供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙通信的离线数据存储装置，其特征在于，所述电源管理模块包括充电管理模块、充电认证模块、lighting充电接口；所述lighting充电接口与充电认证模块之间通过充电接口与认证总线电连接，所述充电认证模块用于识别lighting充电接口处连接的数据线；所述充电认证模块与充电管理模块电连接，用于转换电压以及检测充电状态。
3.根据权利要求2所述的一种基于蓝牙通信的离线数据存储装置，其特征在于，外接适配器通过数据线将5V电压接入lighting充电接口的引脚5，且引脚1接地，以为装置提供电源充电；所述lighting充电接口的引脚6、引脚7分别与主控芯片的SWD程序烧写接口电连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于蓝牙通信的离线数据存储装置，其特征在于，所述充电认证模块的控制芯片U1的引脚6与lighting充电接口的引脚8连接；当数据线插入lighting充电接口后，数据线上的认证芯片向控制芯片U1发起认证申请，则控制芯片U1接收到信息后向数据线的认证芯片反馈认证信息，认证通过后lighting充电接口的引脚5输出5V电源供装置进行充电。
5.根据权利要求4所述的一种基于蓝牙通信的离线数据存储装置，其特征在于，所述充电管理模块包括指示电路，所述指示电路采用硬件逻辑器件非门和或门；所述指示电路包括输出充满和充电中两种充电状态的充电芯片U14，当开始充电时，充电芯片U14的引脚1为低电平，且引脚5保持高电平；充电芯片U14的引脚1连接到非门芯片U13的引脚2，并在非门芯片U13的输出脚4输出高电平，所述非门芯片U13的高电平一方面经过R93反馈给主处理器实现充电检测，另一方面电连接或门芯片U30的输入脚2，同时在或门芯片U30的输出脚4呈现高电平，或门芯片U30的第4脚与红色LED电连接，实现了在充电状态时红灯常亮；当充满电后，非门芯片U31的输出脚呈现高电平，实现绿灯常亮；芯片U30和U31的或门输入脚的第1脚电连接主处理器的GPIO管脚，以实现开机状态时，处理器输入高低电平来点亮红灯、绿灯。
6.根据权利要求5所述的一种基于蓝牙通信的离线数据存储装置，其特征在于，在开机状态下，若蓝牙未配对，则绿色指示灯闪烁，否则绿色指示灯常亮；当电量低于设定值时，则红灯常亮；在数据传输时，红灯和绿灯同步闪烁以呈现出黄色指示灯闪烁。
7.根据权利要求1或2所述的一种基于蓝牙通信的离线数据存储装置，其特征在于，所述电源管理模块还包括电源开关、DCDC电源转换模块、开关机检测控制模块、处理器单元，所述电源开关与锂电池连接，且电源开关通过开关机检测控制模块连接处理器单元，以实时检测开关机状态；所述DCDC电源转换模块分别连接电源开关、处理器单元，所述DCDC电源转换模块将电源开关处电压转换为3.3V。
8.根据权利要求7所述的一种基于蓝牙通信的离线数据存储装置，其特征在于，所述开关机检测控制模块电路中的VBAT电连接锂电池，且VBAT与VCC_4V2之间通过开关管Q1电连接，所述开关管Q1的脚1为开关控制引脚，并电连接共阴二极管的脚2，开关机按键电连接共阴二极管的脚3，共阴二极管的脚1电连接主处理器GPIO PWR_KEY_DETECT作为按键是否按下检测管脚；PWR_ON_OFF管脚电连接到主控器GPIO作为开关机控制管脚。
9.根据权利要求8所述的一种基于蓝牙通信的离线数据存储装置，其特征在于，当按下按键SW9时，SW_KEY_DETECT管脚变成低电平，开关管Q1的控制管脚脚1也变成低电平，此时开关管Q1导通，处理器单元开始工作并将PWR_ON_OFF置高电平，三极管Q8导通；当松开按键SW9时，PWR_KEY_DETECT管脚变成高电平，保持开关管Q1的控制管脚脚1一直为低电平，从而保持开机状态，当需要关机时，再次按下按键SW9后，PWR_KEY_DETECT再次从高电平变成低电平，处理器单元实时检测该管脚的高低电平变化，当检测到该管脚从高电平变成低电平后，处理器单元认为触发了关机操作，从而将PWR_ON_OFF置低电平，开关管Q1的1脚恢复到高电平，开关管Q1断开，VCC_4V2变成0V，从而实现了关机功能。
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